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Dokumentenidentifikation DE69100405T2 28.11.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0520022
Titel RASTERWALZE MIT EINER GEMUSTERTEN SCHICHT IN EINER GALVANISCHEN DECKSCHICHT UND WALZKÖRPER FÜR EINE DERARTIGE WALZE.
Anmelder Stork Screens B.V., Boxmeer, NL
Erfinder THUIS, Henricus Hermanus Wilhelmus, NL-5831 CB Boxmeer, NL;
BOSCH, Albert Jan, NL-5447 PK Rijkevoort, NL
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69100405
Vertragsstaaten CH, DE, FR, IT, LI, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 14.03.1991
EP-Aktenzeichen 919068361
WO-Anmeldetag 14.03.1991
PCT-Aktenzeichen NL9100039
WO-Veröffentlichungsnummer 9113762
WO-Veröffentlichungsdatum 19.09.1991
EP-Offenlegungsdatum 30.12.1992
EP date of grant 22.09.1993
EPO date of publication of amended patent 19.06.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.11.1996
IPC-Hauptklasse B41F 31/26

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft in erster Linie eine Rasterwalze, die mindestens einen zylindrischen Metallwalzenkörper und eine Welle, mit einem Muster an Vertiefungen, welche sich auf der äußeren Oberfläche des Walzenkörpers befinden, umfaßt.

Rasterwalzen sind allgemein bekannt (Z.B. US-A-4567827; DE-A-33 36 374) und umfassen gewöhnlich einen dickwandigen oder massiven Metallzylinder, in dessen Oberfläche ein gerastertes Muster unter Verwendung geeigneter Verfahren, welche z.B. die Verwendung einer Rändeiwalze enthalten können, angebracht ist.

Solch eine Rändelwalze ist auf der äußeren Oberfläche mit Ausbuchtungen versehen; während der Bildung eines Musters von vertiefungen einer Rasterwalze wird die Rändelwalze unter Druck gegen die Oberfläche eines rotierenden Walzenkörpers gepreßt, während die Rändelwalze gleichzeitig eine Bewegung, welche parallel zur Achse des rotierenden Walzenkörpers ist, erfährt.

Solche bekannten Rasterwalzen werden gewöhnlich in Verfahren verwendet, in denen z.B. in einem Druckverfahren eine gleichmäßige Schicht aus Tinte oder einem anderen Beschichtungsmaterial direkt oder indirekt mit Hilfe einer Zwischenwalze, z.B. aus Gummi, auf eine Druckwalze oder auf eine geförderte Materialbahn aufgetragen werden muß.

Trotz gleichmäßiger Befüllung der Vertiefungen der Rasterwalze mit Tinte oder einem anderen geeigneten Beschichtungsmedium und direktem oder indirektem in Berührungbringen der Oberfläche der Rasterwalze mit der verwendeten Druckform oder der Bahn, welche beschichtet werden soll, wird die Tinte oder das Medium auf die Druckform oder auf die Bahn, die beschichtet werden soll, übertragen.

Solche bekannten Walzen (z.B. DE-A-33 36 374), welche aufgrund ihrer Herstellung im mustertragenden Teil häufig aus Kupfer hergestellt werden, oder eine funktionale Oberflächenschicht aus Kupfer besitzen, besitzen den Nachteil, daß ihre Schlagfestigkeit, aufgrund der relativ geringen Härte des Kupfers manchmal zu wünschen übrig läßt. Obwohl sich gewöhnlich eine verschleißfeste Schicht auf der Oberfläche befindet, die die mustertragende Kupferschicht bedeckt, wirkt sich die Weichheit des darunter liegenden Kupfermaterials so aus, daß als Folge eines Stoßes eine Verformung der Oberfläche leicht vorkommt. Eine Verformung der Oberfläche beeinflußt die Ebenheit der Beschichtungsschicht, die auf eine Druckform oder eine Bahn aufgetragen werden soll, und ist daher ein Ausschußkriterium für die Rasterwalze.

Bei der Handhabung der Walze beim Befestigen oder Entfernen von einer Druckmaschine, Pressen durch andere Walzen oder Rakeln gegen die Rasterwalze und unebene Stellen, in z.B. einer Bahn, die beschichtet werden soll, können die oben beschriebenen Defekte in der Oberflächenebenheit der Walze vorkommen. Genaue Analysen bezüglich der Gründe für den Ausschuß von Rasterwalzen haben gezeigt, daß bis zu etwa 50 % Ausschuß durch Oberflächenbeschädigung des Walzenkörpers entsteht.

Um eine Lösung für das beschriebene Problem zu liefern, ist die Rasterwalze entsprechend der Erfindung, wie oben beschrieben, charakterisiert, wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angezeigt ist. Bei einem Walzenkörper aus Kupfer und/oder bei einer funktionalen Oberflächenschicht aus Kupfer besitzt dieses Kupfer eine Härte, die gewöhnlich weniger als 200 HV beträgt. Durch Auftragen einer funktionalen galvanisch abgeschiedenen Oberflächenschicht der benötigten Dicke und mit erheblich größerer ursprünglicher Härte, aufgrund des Verformungsprozesses, wird eine Walze mit einer erheblich erhöhten Verformungsfestigkeit bei mechanischen Einflüssen bei der Handhabung und beim Gebrauch erhalten. Das Metall des Walzenkörpers wird gewöhnlich aus Kupfer, Stahl und Aluminium ausgewählt.

Das Metall, welches für die galvanisch abgeschiedene Schicht mit einer größeren Härte, bedingt durch mechanische Verformung, als die oben beschriebenen Metalle für Walzenkörper ausgewählt wird, ist Nickel, legiertes Nickel oder dotiertes Nickel. Bei einem Kupferwalzenkörper besitzt dieser Körper gewöhnlich eine Härte, die maximal 200 HV beträgt. Eine abgeschiedene Nickelschicht besitzt z.B. eine Härte von 200 bis 650 HV, und zeigt gute Ergebnisse bei der Verwendung in einem Walzenkörper entsprechend der Erfindung; eine galvanisch abgeschiedene Schicht mit einer Härte von mindestens 250 HV wird bevorzugt verwendet. Brauchbare Nickellegierungen, welche erwähnt werden können, sind z.B. Nickel/Kobalt und Nickel/Beryllium mit Härten bis zu 400 HV.

Insbesondere hat daher eine Rasterwalze entsprechend der Erfindung einen Walzenkörper mit einer Härte bis zu 200 HV, eine galvanisch abgeschiedene Schicht auf Ni-Basis, die mit dem Walzenkörper verbunden ist, und diese galvanisch abgeschiedene Schicht besitzt eine Härte von mindestens 250 HV. Dotiertes Nickel bedeutet ein Nickelüberzug, in dem nichtmetallische Substanzen, wie anorganische Metalbide und organische Produkte oder Zersetzungsprodukte davon, eingebaut sind. Unter den Metalbiden kann Phosphor insbesondere genannt werden, während eine Nickelschicht, die in einem Bad mit organischen Glanzmitteln, wie di-Natriumbenzol-m-disulfonsäure, Hydroxypropionitril oder Butindiol, gebildet wurde, organisches Material enthält. Die galvanisch abgeschiedene Schicht auf dem Metallwalzenkörper ist vorteiligerweise Nickel welches mit 4 bis 12 Gew.-% Phosphor dotiert ist. Solche mit Phosphor dotierten überzüge können eine Härte von 300 bis 700 HV besitzen, abhängig vom Grad des Einbaus in das Nickelgitter und der Art des Zusatzstoffs, welche der Rasterwalze entsprechend der Erfindung außergewöhnlich gute Eigenschaften verleiht.

Nickel mit 11 % Phosphor kann eine Härte bis zu ungefähr 650 HV besitzen; Wärmebehandlung erhöht diese Härte weiter auf etwa 950 HV (HV = Vickers-Härte).

Die Dicke der galvanisch abgeschiedenen Schicht hängt von der Tiefe der Vertiefungen, die in dieser Schicht gebildet werden, ab; gewöhnlich kann die Dicke zwischen 0,1 und 2,5 mm liegen.

Insbesondere liegt die Dicke der galvanisch abgeschiedenen Schicht im Bereich von 0,5 und 1,5 mm. Wie oben beschrieben, ist der Ausgangspunkt eine galvanisch abgeschiedene Schicht, in der sich ein Muster von Vertiefungen befindet, und die mit dem Walzenkörper verbunden ist.

Bei dieser Anordnung kann die galvanisch abgeschiedene Schicht zuerst separat gebildet und dann mit dem Walzenkörper verbunden werden.

Die Verbindung mit dem Walzenkörper kann auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden:

a) Durch vorübergehende Erhöhung des Durchmessers einer als Hülse geformten Metallschicht auf bekannte Weise (eine sogenannte Hülse) mit einem inneren Durchmesser, der geringfügig kleiner als der äußere Durchmesser des Walzenkörpers ist, Aufziehen desselben über den Walzenkörper, und Verringern des Durchmessers, so daß die Hülse auf klemmende Weise mit dem Walzenkörper verbunden ist;

b) durch Verbinden der Metallhülse mit dem Walzenkörper durch Kleben oder Löten.

Die Metallhülse kann jedoch ebenso in einem galvanischen Abscheidungsprozeß direkt auf dem Walzenkörper abgeschieden und so auf diese Weise verbunden werden.

In den Fällen a) und b) kann das Muster von Vertiefungen vor oder nach der Verbindung der Metallschicht mit dem Walzenkörper hergestellt werden.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die ursprüngliche Härte infolge mechanischer Verformung der spezifischen funktionalen Schicht, in diesem Fall Nickel mit einem speziellen Dotierungsbestandteil, zunimmt; dies steht im Gegensatz zu der Situation, in der die funktionale Schicht Kupfer ist. Durch Verformung einer galvanisch abgeschiedenen Nickelschicht, die sich auf einem Walzenkörper befindet, wird z.B. eine Veränderung der Härte von ursprünglich 180 bis 300 HV auf 300 bis 400 HV (100 p) gefunden. Die Verformung kann z.B. bei der Verwendung einer Rändelwalze für die Bildung eines Musters von Vertiefungen vorkommen. Als wir über eine galvanisch abgeschiedene Schicht sprachen, mußte das so verstanden werden, daß diese entweder eine einzelne Schicht oder eine Schicht, bestehend aus verschiedenen Einzelschichten, sein kann. Im Falle einer Schicht, die aus verschiedenen Einzelschichten aufgebaut ist, können alle Einzelschichten die gleiche zusammensetzung und Dicke besitzen. Die Zusammensetzungen können ebenfalls verschieden sein, und eine oder mehrere der oben genannten zusammensetzungen enthalten, während die Dicke der Einzelschichten ebenfalls verschieden sein kann.

Insbesondere, wenn die galvanisch abgeschiedene Schicht aus Nickel besteht, welches auf eine der oben genannten Arten dotiert wurde, kann der Walzenkörper z.B. aus Stahl oder Kupfer hergestellt werden. Die dotierte galvanisch abgeschiedene Nickelschicht hat in diesem Fall eine solche vorteilhafte Härte, verglichen mit dem Basismaterial, daß die fertige Rasterwalze eine größere Stoßfestigkeit besitzt, als jemals vorher erreichbar für möglich gehalten wurde.

Natürlich sind neben der Stoßfestigkeit der Walzenanordnung Verschleißfestigkeit und/oder Korrosionsfestigkeit der Walzenoberfläche ebenso erforderlich; die galvanisch abgeschiedene Schicht, die das Muster von Vertiefungen der Rasterwalze enthält, wird zu diesem zweck bevorzugt mit einer dünnen Schicht aus verschleißfestem und/oder korrosionsfestem Material, ausgewählt aus Materialien, wie z.B. Hartchrom, Hartnickel, Titannitrid, Titancarbid, Bornitrid, Chromnitrid und Wolframcarbid, oder Kombinationen davon, beschichtet. Natürlich ist das Material der verschleißfesten und/oder korrosionsfesten Materialschicht nicht auf die obengenannten Materialien beschränkt; andere Materialien, wie organische Schichten, z.B. Polytetrafluorethylen oder Keramikschichten, Cermet, dispersionsgehärtete Schichten, können ebenfalls verwendet werden.

Die dünne Schutzdeckschicht aus verschleißfestem und/oder korrosionsfestem Material besitzt gewöhnlich eine Dicke von 1 bis 50 µm; insbesondere beträgt die Dicke dieser dünnen Schicht 3 bis 15 µm.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Walzenkörper aus Metall für eine Rasterwalze, bei welcher der Walzenkörper auf seiner äußeren Oberfläche mit Vertiefungen, welche als ein gleichmäßiges Muster angeordnet sind, versehen ist, und bei welcher der Walzenkörper entsprechend der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht mit Eigenschaften, wie solche beschrieben für die Rasterwalze entsprechend der Erfindung, damit verbunden ist.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnung erklärt, in der:

Fig. 1 schematisch eine Rasterwalze entsprechend der Erfindung darstellt;

Fig. 2 einen Querschnitt der Wand einer Rasterwalze entsprechend der Erfindung darstellt; und

Fig. 3 im vergrößerten Maßstab eine Vertiefung in der galvanisch abgeschiedenen Schicht einer Rasterwalze entsprechend der Erfindung darstellt.

Fig. 1 stellt schematisch eine Rasterwalze dar, in der die Walze mit Bezugsnummer 1 bezeichnet wird, und der Walzenkörper die Nummer 2 trägt. Die Welle ist mit 3 bezeichnet, und ein Teil der Walzenoberfläche, in der die Vertiefungen in einem Muster angeordnet sind, wird mit 4 bezeichnet.

Wie vorher erwähnt, kann der Walzenkörper 2 ein massiver Walzenkörper sein; der Walzenkörper kann ebenfalls ein dickwandiger Walzenkörper sein, in dem die Welle mit Hilfe von Scheiben innerhalb der Peripherie des dickwandigen Walzenkörpers befestigt ist.

Abbildung 2 zeigt einen Teil der Wand eines dickwandigen Walzenkörpers mit einer darauf verbundenen galvanisch abgeschiedenen Schicht, wobei die galvanisch abgeschiedene Schicht mit Vertiefungen versehen ist. Die Wand des Walzenkörpers ist mit Nummer 20 bezeichnet; die galvanisch abgeschiedene Schicht trägt die Nummer 21, und die Vertiefungen, die in der galvanisch abgeschiedenen Schicht gebildet wurden, sind mit der Nummer 22 bezeichnet. Die Wände zwischen den verschiedenen Vertiefungen 22 sind mit 23 bezeichnet.

Im Falle der Fig. 2 wird die galvanisch abgeschiedene Schicht 21 direkt unter Verwendung eines an sich bekannten galvanischen Abscheidungsprozesses auf dem Walzenkörper abgeschieden. Das Metall der Metallschicht 21 ist z.B. dotiertes Nickel.

Fig. 3 zeigt einen Teil der galvanisch abgeschiedenen Schicht von Fig. 2 in vergrößertem Maßstab. Das galvanisch abgeschiedene Metall, z.B. Nickel mit einem organischen Dotierungsbestandteil, ist mit 30 bezeichnet. Es ist mit 31 bezeichnet, daß nach Bildung des Musters von Vertiefungen eine verschleißfeste und/oder korrosionsfeste Schicht, wie z.B. eine Hartchromschicht aufgetragen wird.

Bezüglich des Verfahrens der Auftragung der dünnen Schicht 31 kann zwischen verschiedenen Auftragungstechniken ausgewählt werden.

Die vorher genannten Hartchrom- oder Hartnickelschichten können ebenfalls durch galvanische Abscheidung aufgetragen werden.

Die ebenfalls genannten Metallnitrid- oder Metallcarbidschichten können unter Verwendung von z.B. kathodischen Sputterverfahren, die von der Verbindung selbst ausgehen, oder unter Verwendung reaktiver kathodischer Sputterverfahren, in denen das betreffende Metall in einer Gasatmosphäre aufgesputtert wird, die geeignet ist, die Elemente, welche zur Bildung der geeigneten Metallnitrid- oder Metallcarbidverbindung benötigt werden, zu liefern, gebildet werden.

Für das Auftragen der vorher genannten verschleißfesten und/oder korrosionsfesten Verbindungen können ebenfalls Verfahren, wie chemische Aufdampfverfahren (CVD), physikalische Aufdampfverfahren (PVD) und Plasmastrahlsprühverfahren, verwendet werden.

In Verbindung mit der oben beschriebenen Rasterwalze entsprechend der Erfindung wird ebenfalls auf die veröffentlichte europäische Patentanmeldung Nr. 0160341 verwiesen. Die genannte Veröffentlichung beschreibt eine Rasterwalze des gleichen Typs, auf den sich die Erfindung bezieht.

Die Walze der oben beschriebenen Veröffentlichung umfaßt einen Walzenkörper, um den eine dünne perforierte Hülse, welche vom Walzenkörper abnehmbar bleibt, geschoben ist.

Die Perforationen in der Hülse erstrecken sich über die gesamte Dicke der Hülse und liegen in einer Form vor, die abhängig vom Herstellungsverfahren der Hülse ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rasterwalze, die eine geschlossene galvanisch abgeschiedene Schicht besitzt, die mit dem Walzenkörper verbunden und mit Vertiefungen versehen ist.

Die Form der Vertiefungen und die Anordnung des Musters können frei durch die Wahl des Herstellungsverfahrens bestimmt werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß sich die galvanisch abgeschiedene Schicht der Rasterwalze entsprechend der Erfindung aufgrund von Verschleiß nach langer Benutzung abnutzt, und daß die Rasterwalze wieder mit einer neuen Metallschicht versehen werden kann.

Die Rasterwalze entsprechend der Erfindung ist daher erneuerbar.


Anspruch[de]

1. Rasterwalze (1), die mindestens einen zylindrischen Metallwalzenkörper und eine Welle (3) mit einem Muster (4) von Vertiefungen, die sich auf der äußeren Oberfläche des Walzenkörpers befinden, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Muster (4) von Vertiefungen (22) in einer galvanisch abgeschiedenen Metallschicht (21) befindet, die mit dem Walzenkörper (20) verbunden ist, und deren Härte bezüglich der ursprünglichen Härte, infolge der mechanischen Verformung der Metallschicht (21), erhöht ist, wobei das Metall der galvanisch abgeschiedenen Schicht aus Nickel, legiertem Nickel und dotiertem Nickel ausgewählt ist.

2. Rasterwalze nach Anspruch 1, die einen zylindrischen Metallwalzenkörper (20) mit einer Härte bis zu 200 HV umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch abgeschiedene Schicht (21) eine Härte von mindestens 250 HV besitzt.

3. Rasterwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine galvanisch abgeschiedene Schicht (21) aus Nickel auf dem Metallwalzenkörper (20) befindet, die mit einem oder mehreren organischen oder anorganischen Zusatzstoffen oder Zersetzungsprodukten davon dotiert ist.

4. Rasterwalze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickel mit einem oder mehreren zusatzstoffen oder Zersetzungsprodukten davon dotiert ist, die die Eigenschaften von Glanzmitteln erster und/oder zweiter Klasse besitzen.

5. Rasterwalze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickel mit einem zusatzstoff&sub1; der aus Natriumsalz von Benzol-m-disulfonsäure, Butindiol und Hydroxypropionitril ausgewählt wird, dotiert ist.

6. Rasterwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Metallwalzenkörper (20) eine galvanisch abgeschiedene Schicht (21) von Nickel befindet, welche mit Phosphor (P) dotiert ist.

7. Rasterwalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickel mit 4 bis 12 Gew.% P dotiert ist.

8. Rasterwalze nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch äbgeschiedene Schicht (21) eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 2,5 mm besitzt.

9. Rasterwalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch abgeschiedene Schicht (21) eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm besitzt.

10. Rasterwalze nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanisch abgeschiedene Schicht (30), die das Muster von Vertiefungen enthält, mit einer dünnen Schicht (31) eines verschleißfesten und/oder korrosionsfesten Materials beschichtet ist, welches aus Materialien, wie: Hartchrom, Hartnickel, Titannitrid, Titancarbid, Bornitrid, Chromnitrid und Wolframcarbid ausgewählt wird.

11. Rasterwalze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (31) des verschleißfesten und/oder korrosionsfesten Materials eine Dicke im Bereich von 5 bis 50 µm besitzt.

12. Rasterwalze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (31) eine Dicke im Bereich von 10 bis 15 µm besitzt.

13. Metallwalzenkörper (2) für eine Rasterwalze (1), bei der der Walzenkörper (2) auf seiner äußeren Oberfläche mit Vertiefungen (5) versehen werden kann, die in regelmäßigem Muster (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine galvanisch abgeschiedene Schicht (21) mit solchen Eigenschaften&sub1; wie sie in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 genannt sind, mit dem Walzenkörper (20) verbunden ist.







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